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Bildung von Äquipotentialflächen als Bezugsebene für die Berechnung des TrennungsabstandesSchutzvorschlag

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Inhalt

Äquipotentialflächen bei ein- und mehrstöckigen Gebäuden mit Nutzung der Bewehrung

Stahlhallen mit Metall-verkleidung (Schirmung)

Stahlhalle – Metalldach mit Isolierung / Folienein deckung

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Blitzschutzsysteme werden seit vielen Jahrzehnten als vorbeu-gende Brandschutzmaßnahme installiert. Als Grundlage für die Planung und Ausführung gilt die Blitzschutznorm DIN EN 62305 Teil 1-4 (DIN VDE 0185 Teil 1-4). Vorrangiges Ziel ist der Personenschutz, es soll aber auch verhindert werden, dass es durch Stoßspannungen zu einem unkontrollierten Überschlag kommt, der zu Sachschäden an Gebäuden führt, oder gegebe-nenfalls Brände verursachen kann.Es besteht die Gefahr des unkontrollierten Überschlages zwischen Teilen des äußeren Blitzschutzes und metallenen Gebäudestrukturen, Dachaufbauten bzw. der elektrischen In-stallationen im Inneren des Gebäudes. Dies ist dann der Fall, wenn innerhalb der zu schützenden baulichen Anlage der Abstand zwischen der Fangeinrichtung / Ableitung und der metallenen / elektrischen Installation nicht ausreichend ist. Im typischen Sprachgebrauch spricht man hier dann vom notwen-digen Trennungsabstand.

Die Formel hierfür ist:

s = ki

kc

km

l [m]

wobei

ki von der gewählten Schutzklasse (LPS) der Blitzschutz-anlage abhängt (Induktionsfaktor),

kc von der geometrischen Anordnung abhängt (Strom-aufteilungskoeffizient),

km vom Material in der Näherungsstelle abhängt (Materi-alfaktor) und

l [m] die reale Länge entlang der Fangeinrichtung oder der Ableitung vom Punkt, an dem der Trennungsabstand ermittelt werden soll, bis zum nächstliegenden Punkt des Potentialausgleichs (z.B. Äquipotentialfläche) oder der Erdungsanlage ist.

Bei Gebäuden mit Fundamenterder oder kombinierten Er-dungsanlagen bilden diese in Kombination mit einem kon-sequent durchgeführten Blitzschutz-Potentialausgleich eine sogenannte Äquipotentialfläche auf Erdniveau. Durch Bildung zusätzlicher Äquipotentialflächen in weiteren Teilen des Ge-bäudes kann die reale Länge l der Fangeinrichtung (welche zur Berechnung des Trennungsabstandes oben benötigt wird) reduziert werden.Eine wirtschaftlich sinnvolle Maßnahme ist es, die natürliche Gebäudesubstanz als Bestandteil des Blitzschutzsystems zu nutzen (Bild 1). Soll bei hohen Gebäuden eine Äquipoten-tialfläche als Bezugsebene geschaffen werden, so müssen bauseits gewisse Grundanforderungen gegeben sein.Eine dieser Forderungen beinhaltet die Berechnung des Tren-nungsabstandes auf die jeweilige Bezugsebene (siehe Definition Länge l). In der Regel handelt es sich hierbei um die Erdungsan-lage oder auch dem nächstliegenden Punkt des Potentialaus-gleichs. Im Detail wird hierbei die aufgespannte Leiterschleife im Gebäude liegender Installationen zu Fangeinrichtungen au-ßerhalb der baulichen Anlage betrachtet (Bild 2).Der Hinweis in der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3), dass bei baulichen Anlagen mit metallener oder elektrisch durchverbun-dener Stahlbewehrung ein Trennungsabstand nicht notwendig

ist, bezieht sich ausschließlich auf Gebäude mit einer vollstän-digen Schirmung nach DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4).Bei der Nutzung von Stahlträgern oder Stahlbetonstützen als na-türliche Ableitung (Bild 1), sind Trennungsabstände zu berück-sichtigen. Hintergrund ist, dass bei dieser Art von Ableitungen zwar große Querschnitte im Ver-gleich zu einem Draht mit Ø 8 mm zur Verfügung stehen und sie das Magnetfeld sowie die induzierte Spannung in aufgespannten Lei-terschleifen reduzieren, jedoch nicht verhindern. Eine Quer-schnittsunterscheidung wird nor-mativ nicht betrachtet.Eine stahlbetonarmierte Decke oder ein Metalldach kann in Kombination mit Stahlträgern sowie stahlbetonarmierten Bild 1 Stahlbetonarmierte Stützen als natürliche Ableitung

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Stützen eine Bezugsebene oder auch Äquipotentialfläche für die Trennungsabstandsberechnung bilden. Metallene Rohr-leitungen oder elektrische Leitungen, welche diese Äqui-potentialfläche durchdringen, müssen direkt oder indirekt mittels Überspannungsschutzgeräte an diese angeschlossen werden.

Eine Äquipotentialfläche kann in verschiedenen Höhen (z. B. Etagenebenen) einer baulichen Anlage ausgebildet werden. Hierzu sind Potentialausgleichs-Maschen (alle 2 m mit den Armierungseisen geklemmt) in den dafür vorgesehenen Eta-gen mit einem Maß von 5,0 m x 5,0 m vorzusehen. Im Nach-folgenden werden unterschiedliche Gebäudesituationen sowie Anforderungsprofile beschrieben.

Äquipotentialflächen bei ein- und mehrstöckigen Gebäuden mit Nutzung der BewehrungBei Gebäuden, bestehend aus Stahlbetonstützen mit auf-liegenden Stahlbetondecken, können diese als natürliche Bestandteile einer Ableitung mit genutzt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die in der Bewehrung verlegten Lei-tungen / Ableitungen im Abstand von 2 m mit der Bewehrung zu verbinden sind. Weiter besteht die Möglichkeit, die Bewehrung der Decke als Bezugsebene / Äquipotentialebene auszubilden, die dann für die Berechnung des Trennungsabstandes heranzuziehen ist. Grundvoraussetzung ist hierbei, dass die bauliche Anlage Stahlbetonstützen besitzt, wobei jede Stütze am Fußpunkt an die Erdungsanlage / Funktionspotentialausgleichsleiter und am Kopfpunkt an die Masche der Äquipotentialebene anzu-schließen ist. Die Ausbildung der Äquipotentialfläche besteht aus einer Deckenbewehrung, in welche eine Masche von 5,0 m x 5,0 m einzulegen ist und alle 2 m mit den Armierungs-eisen geklemmt sein muss. Die normative Basis bildet hierbei die DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4). Ziel ist es, alle metal-lenen Komponenten bestmöglich untereinander zu verbinden, um Potentialdifferenzen zu vermeiden. Auch Betriebsmittel (z. B. Klimagerät, PV-Anlage, Dachlüfter) sind mittels PA-Leiter an die Bezugsebene mit anzuschließen. Entsprechend normativer Forderung sind hierbei Mindestquer-schnitte nach Tabelle 8 der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) einzuhalten (Tabelle 1).Befinden sich die Betriebsmittel im blitzeinschlaggeschützten Raum, so sind reduzierte Querschnitte entsprechend Tabelle 9 der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) ausreichend.Neben Stahlbetondecken werden in der Praxis häufig Metall-dächer als Dacheindeckung verwendet. Diese können auch für die Bildung einer Äquipotentialfläche dienen. Grundvoraussetzung ist eine blitzstromtragfähige Verbindung der metallenen Dacheindeckungen untereinander. Wie diese Verbindungen realisiert werden können, ist dem Beiblatt 1 der DIN EN 62305-3, Vorgaben für handwerklich erstellte Ver-bindungen, zu entnehmen (z. B. 4 Blindnieten mit Ø 5 mm). Weiter können Metalldächer entsprechend Beiblatt 4 der DIN EN 62305-3 einer Typprüfung unterzogen werden. Die Grundlage bildet hierbei die DIN V VDE V 0185-600 (VDE V 0185-600). In der Praxis werden auf den Dachflächen Isolierungen sowie Abdichtungsmaßnahmen (Dachbahnen) installiert. Die Anbin-

5 m

5 m

2 m

2 m

Maschenweite Funktionspotentialausgleichsleiternach DIN 18014 max. 20 m x 20 m

Maschenweite Ringerder nach DIN 18014 max. 10 m x 10 m (jede Ableitung ist mit dem Ringerder zu verbinden)

Hinweis: KeineGebäudeschirmung

nach DIN EN 62305-4

Äquipotentialfläche

Erdungsfestpunkt

Bild 2 Gebäude mit Äquipotentialflächen und Fangeinrichtung (optional z. B. für Vorhangfassade)

Tabelle 1 Mindestquerschnitt PA-Leiter

Schutzklasse des LPS Werkstoff Querschnitt

I bis IV

Kupfer 16 mm2

Aluminium 25 mm2

Stahl 50 mm2



dung der Fangeinrichtung am Dach erfolgt in der Regel im Be-reich der Attika sowie über Dachdurchführungen an die Äqui-potentialfläche. In Folge der Leitungsführung auf dem Dach gilt es trotz Äquipotentialfläche, Trennungsabstände zu berück-sichtigen. Diese können durch z. B. Installation einer getrenn-ten Fangeinrichtung (z. B. HVI-light-System oder Dachleitungs-halter DEHNiso) eingehalten werden (Bild 3). Unkontrollierte Überschläge durch die Dachisolierung auf Deckenbewehrung oder Metalldächer sind dann nicht möglich. Befinden sich die Dachinstallationen im einschlaggeschützten Bereich (LPZ 0B), so sind deren Versorgungsleitungen am Über-gang LPZ 0B / 1 in den Blitzschutzpotentialausgleich einzube-

ziehen. Sind keine Blitzströme auf den Versorgungsleitungen zu erwarten, so werden Typ 2-Ableiter empfohlen (Tabelle 2). Bei Dachinstallationen, die sich im nicht-einschlaggeschützten Bereich befinden, sind die Versorgungsleitungen mit Blitz-strom-Ableitern (Typ 1 Ableitern) zu beschalten.Auch bei mehrstöckigen Gebäuden können Äquipotentialflä-chen in den jeweiligen Geschossdecken ausgebildet werden (Bild 2). Es ist zu berücksichtigen, dass bei der Bildung der Äquipoten-tialflächen z. B. in jeder Etage, auch der Funktionspotentialaus-gleich an diese Potentialausgleichsebene mit anzuschließen ist (Bild 3). Dabei sind auch alle energie- sowie informati-

M

Äquipotentialfläche

Trennungsabstand „s“eingehalten

Bild 3 Mehrstöckiges Gebäude mit Äquipotentialflächen inklusive Fangeinrichtung

Tabelle 2 Empfehlung Typ 2-Ableiter

LPL Empfehlung Typ 2-Ableiter

Empfehlung Type 2-Ableiter

LPL I Nennableitstrom In 20 kA (8/20 µs) / Pol Nennableitstrom In 10 kA (8/20 µs) / Ader

LPL II Nennableitstrom In 15 kA (8/20 µs) / Pol Nennableitstrom In 10 kA (8/20 µs) / Ader

LPL III / IV Nennableitstrom In 10 kA (8/20 µs) / Pol Nennableitstrom In 10 kA (8/20 µs) / Ader

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Bild 4 Stahlhalle mit Metallverkleidung

Jede Stahlstütze muss am Fußpunkt an das Erdungssystem angebunden werden.

Maschenweite Ringerder nach DIN 18014 max. 10 m x 10 m

Die Metallverkleidung ist mit einem Abstand ≤ 5,0 m anzubinden.

Detail B

Detail A

a ≤ 5,0 m

a > 5,0 m

Bild 5 Stahlhalle mit durchgängiger Metallverkleidung

onstechnischen Systeme mittels Ableiter auf dieses Potential zu beziehen. Generell ist es nicht zwingend erforderlich, in je-der Etage eine Äquipotentialfläche auszubilden. Bei höheren Gebäuden kann es ausreichend sein, in nur jeder 2. oder 3. Etage eine Äquipotentialfläche auszubilden (Einzelfallbetrach-tung erforderlich), vorausgesetzt, der Trennungsabstand kann in den Etagen ohne Äquipotentialebene eingehalten werden. Das Gesamtschutzziel für die bauliche Anlage ist hierbei aus-schlaggebend.

Stahlhallen mit Metallverkleidung (Schirmung)Bei Hallen in Stahlständerbauweise und durchgängiger elek-trisch durchverbundener Metallverkleidung, entsprechend den normativen Anforderungen, sind Trennungsabstände nicht zu berücksichtigen (Bild 4). Nach DIN EN 62305-4 muss jede Stütze als natürliche Ablei-tung verwendet werden. Somit sind diese am Fußpunkt an das Erdungssystem anzuschließen (unabhängig vom Stützenab-stand). Die Metallfassade muss ebenfalls in regelmäßigen Ab-ständen an das Erdungssystem angeschlossen werden, wenn diese nicht bereits durch die Verbindung mit den Stahlstützen kontaktiert ist. Bei Stützenabständen > 5 m sind zusätzliche Anschlüsse mit durchzuführen (Bild 5).

Stahlhalle – Metalldach mit Isolierung / Folienein-deckungIn der Praxis sind in den meisten Fällen keine komplett ge-schlossenen metallenen Gebäudekonstruktionen zu finden. In der Regel hat man eine Dacheindeckung aus Metallblech, auf welchem eine Isolation mit aufgebracht wird (Bild 6).Zusätzlich wird als Abdichtung eine Kunststoff-, Dich-tungs- oder Flachdachbahn montiert. Die Fangeinrichtung bildet in der Praxis eine Masche auf der Dachoberfläche. Erfolgt der Anschluss der Fangleitung in Traufhöhe an die Stahlkonstruktion, so kann die Traufkante als Bezugs-punkt für die Berechnung des Trennungsabstandes die-nen (Äquipotentialfläche). Dachdurchdringungen an den Knotenpunkten der Fangmasche auf die Stahlkonstruk-tion können den Trennungsabstand erheblich reduzieren



(Bild 7). Eine Möglichkeit für die Einhaltung des Trennungs-abstandes auf der Dachfläche ist die Verwendung des Dach-leitungshalters DEHNiso mit Distanzstäben (Bild 6).Bei den als natürliche Ableitungen verwendeten Stahlstüt-zen sind wiederum Trennungsabstände zu berücksichtigen. Jede Stütze ist am Fußpunkt an das Erdungssystem anzu-binden.

Generell gilt es, die Anforderungen entsprechend der DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) zu berücksichtigen. Eine ein-fache Möglichkeit der Berechnung des Trennungsabstandes bietet das DEHN Distance Tool der Software DEHNsupport (www.de.hn/bp18dst). Die Berechnung basiert auf dem in Kapitel 3.3.2.1 unseres BLITZPLANERs beschriebenen Knoten-punkt-Potential-Verfahren.

Trennungsabstand o.k.

DEHNiso-Distanzstab

Bild 6 Aufgeständerte Fangeinrichtung zur Einhaltung des Trennungsabstandes

M

Jede Stahlstütze muss am Fußpunkt an das Erdungssystem angebunden werden.

Maschenweite Ringerder nach DIN 18014 max. 10 m x 10 m

Bild 7 Stahlhalle mit Metallverkleidung sowie installierter Fangeinrichtung auf dem Foliendach


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